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研究生: 楊邵淇
Shao-Chi Yang
論文名稱: 應用於自然光照明系統之高效率光學耦合器
Design the High Efficiency optical coupler for Natural Light Illumination System
指導教授: 黃忠偉
Allen Jong-Woei Whang
口試委員: 李昆益
Kun-Yi Lee
李偉裕
Wei-Yu Lee
林晏瑞
Yen-Juei Lin
郭鴻飛
Hung-Fei Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 自然光照明系統光學耦合器導光磚
外文關鍵詞: NLIS, optical coupler
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  • 近年來,人們環保意識抬頭,綠能產業在全世界越來越備受重視,特別是在建築方面,兼顧環保及健康照明的系統是各國所研究的重要議題,各國迫切渴望設計出能將自然光導引入室內做為室內照明使用之產品,稱為自然光照明系統,藉由將自然光引進室內作照明達到節能減碳又環保的需求。此系統可分為集光、傳光、放光三個子系統。但當能量由集光系統進入傳光系統時容易因耦合不良而導致能在大量損耗。本文設計一種高效率的光學耦合器,光學耦合器的平均耦合效率為直接耦合法的1.52倍,此結構同時具有將各Light-Brick光輸出口能量收集並往下一級傳遞的功能,不僅具有安裝容易的優勢,在大量運用的情況下更可節省許多在傳光元件上的成本花費。


    Energy crisis and environmental pollution in recent years are increasing seriously, so energy-savings is the most critical issue currently faced by the globe. Especially for no pollution and has huge reserves of solar energy is of great concern by the people. We observed that during the day time, 30% of energy used as indoor lighting. In the application of healthy illumination, the industry and academics of every country design a system able to gather natural light for indoor lighting, namely, the Natural Light Illumination System. In order to reduce energy loss in light transmission, we in general want to make the optical coupler between the light collection and the light transmission. In this paper we have designed a optical coupler, which to collect sunlight for pass through the transmitter system. The optical coupler can integrate with the exits of the collectors and high transmission efficiency, most of all, the features of prism optical coupler make the coupler system easier to couple and reduce a lot of cost in transmitter.

    目 錄 論文摘要 I ABSTRACT II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 2 1.3太陽能源應用 4 1.4 論文大綱 6 第二章 光學基礎理論 7 2.1 向量型反射定律 (Andrew S. Glassner, 1989[13]) 7 2.2 向量型透射定律 9 2.3 Fresnel equation[14] 11 2.4 Edge-ray principle 12 2.5集光比 13 2.6光展量定理 14 2.7光度學與輻射度學 15 2.8基本照明單位量 16 2.8.1光通量(Luminous Flux,Φ) 16 2.8.2光強度(Luminous Intensity,I) 17 2.8.3輝度或亮度(luminance or brightness) 17 2.8.4 反射比及反射率(reflectance and reflection factor) 18 2.9光纖材料特性 19 2.9.1 全反射現象與光纖構造 19 2.9.2 光纖數值孔徑 20 2.9.3 光纖傳遞能量的損失 22 2.9.4 光纖材料與耐熱 23 2.10 光學耦合器的應用與介紹 25 第三章 自然光照明系統R介紹 29 3.1自然光照明系統介紹 29 3.2集光 30 3.2.1 Light-Brick 30 3.2.2漸層式堆疊圓盤集光器 33 3.2傳光 35 3.3放光 36 第四章 光學耦合器設計方式 40 4.1 Light-BrickR現有模組分析 40 4.2 Light-Brick模組效率分析 41 4.3優化 Light-Brick模組效率 42 4.3耦合器應用於Light-Brick模組 43 4.4 連接損耗 45 第五章光學耦合器結構設計方式 47 5.1 單一耦合模組設計 47 5.2 光學耦合器結構分析 49 5.2.1 稜鏡結構分析 49 5.3矩型傳光管結構分析 50 5.2.2 光學耦合器的效率分析 52 第六章 模擬結果分析與討論 53 6.1 耦合效率 53 6.2 多級應用 54 第七章 結論與未來展望 55 7.1 結論 55 7.2 未來展望 55 參考文獻 56

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